CN112832852A - 一种多功能柔性救援提升舱及提升救援方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升舱及提升救援方法，属于矿山应急救援领域，具体涉及一种多功能柔性救援提升舱及提升救援方法。本发明从救援指挥系统、柔性转动、导向、缓冲、钢丝绳与舱体分动、断绳保护、救援提升方法等多方面提出了创造性解决手段，实现可视化救援指挥、救生舱柔性转动、通信钢丝绳防扭转等功能，以加强提升舱的通过性和对人员和设备的保护，提高地面大直径钻孔提升救援的成功率、安全性、规范性。

Description

一种多功能柔性救援提升舱及提升救援方法

技术领域

本发明涉及一种提升舱及提升救援方法，属于矿山应急救援领域，具体涉及一种多功能柔性救援提升舱及提升救援方法。

背景技术

我国金属矿、煤矿等主要依靠井工开采，当发生冒顶、透水等井下灾害事故造成人员被困时，由于巷道坍塌严重，次生灾害频发，导致井下救援受限。地面救援是一种首先施工大直径应急救援井，然后以提升舱为载体，使用提升设备将被困人员从井下提升至地面的救援方式，具有速度快、可保证救援人员安全等特点，在国内外已有多个成功应用实例。国外矿难救援的成功，特别是2010年智利矿难救援的壮举，给予我国矿山救援装备制造企业很大的启发，国内外先后生产了不同规格型号的救援提升舱，但普遍存在功能单一、对被救人员和设备的保护性不足、缺乏指导救援系统及方法等问题。本发明所述的多功能柔性救援提升舱及方法从救援指挥系统、柔性转动、导向、缓冲、钢丝绳与舱体分动、断绳保护、救援提升方法等多方面提出了创造性解决手段，以加强对人员和设备的保护，提高地面大直径钻孔提升救援的成功率、安全性、规范性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种多功能柔性救援提升舱及方法，克服现有提升救援设备功能单一、对被救人员和设备的保护性不足、缺乏指导救援系统及方法。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种多功能柔性救援提升舱，包括：上舱段、柔性转动装置、人员舱，所述上舱段通过柔性转动装置与人员舱连接；所述柔性转动装置包括：柔性旋转座、旋转体、限转块、油杯；

其中，所述柔性旋转座与旋转体通过内外球面配合连接，柔性旋转座与上舱段连接，旋转体穿过柔性旋转座后通过可拆卸方式与人员舱连接。

优选的，上述的一种多功能柔性救援提升舱，柔性旋转座圆周方向对称加工有两个方形凹台，所述方形凹台内设置有限转块。

优选的，上述的一种多功能柔性救援提升舱，还包括与所述上舱段相连的上导向，所述上导向设置有分动装置，所述分动装置包括：悬挂轴，与所述悬挂轴连接的接头，以及第一垫板、第二垫板、第一止推轴承、第二止推轴承；

其中，所述第一垫板安装在悬挂轴台肩上，第一止推轴承两个端面分别与第一垫板和接头下凹槽端面接触；第二止推轴承两个端面分别与接头上凹槽端面和第二垫板接触；锁紧螺母通过悬挂轴上的紧固螺纹将第一止推轴承、第二止推轴承、第一垫板、第二垫板、接头压紧至悬挂轴的台肩上。

优选的，上述的一种多功能柔性救援提升舱，所述悬挂轴上端面设置有滑环安装座，所述滑环安装座上设置防爆滑环，防爆滑环的上部导线通过拉板固定在接头上，所述防爆滑环的滑环上部与下部通过防爆电刷分动。

优选的，上述的一种多功能柔性救援提升舱，所述上舱段设置有上侧缓冲结构，所述上侧缓冲结构包括在圆周方向均布的若干组缓冲体，所述缓冲体包括底座、第一弹性体、滚轮，所述滚轮通过第一弹性体与底座相连。

优选的，上述的一种多功能柔性救援提升舱，还包括设置于舱体底部的底部缓冲结构，所述底部缓冲结构包括若干组第二弹性体、套筒、导向销、底板；其中，所述导向销一端穿过套筒后与底板固定，另一端穿过舱体底部的导向孔；所述套筒内设置有第二弹性体，所述第二弹性体的两端分别与套筒和舱体底部接触，所述第二弹性体的长度大于套筒的长度并且可沿导向销的轴向产生形变。

优选的，上述的一种多功能柔性救援提升舱，所述套筒的长度大于提升舱的舱体底部监控器的外露长度。

优选的，上述的一种多功能柔性救援提升舱，所述人员舱下部设置有下舱段，所述下舱段的底部设置下导向。

一种基于上述任一权利要求所述的柔性救援提升舱的提升救援方法，包括以下步骤：

第一步，在地面大直径救援钻孔中下放提升舱，上舱段顶部监控器监控救援钻孔上部，下舱段底部监控器监控救援钻孔下部，根据监控器反映的钻孔质量控制提升舱下放速度，至提升舱快速下放至人员被困点；

第二步，被困人员进入提升舱，并佩戴自救器、安全带等安全设备，准备完成后通过人员舱内部监控器和人员舱内部语音对讲器向地面终端示意，准备提升；

第三步，在地面通过卷扬提升，根据救援钻孔上部、救援钻孔下部、人员舱内人员的情况控制提升舱提升速度，根据气体浓度监测仪的实时数据，通过语音对讲器指导舱内人员采取佩戴自救器等措施；

第四步，卷扬将提升舱提升至地面，移离救援孔孔口，地面人员将舱内人员救出。

第五步，重复第一至四步，直至所有被困人员被救出。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明从救援指挥系统、柔性转动、导向、缓冲、钢丝绳与舱体分动、断绳保护、救援提升方法等多方面提出了创造性解决手段，实现可视化救援指挥、救生舱柔性转动、通信钢丝绳防扭转等功能，以加强提升舱的通过性和对人员和设备的保护，提高地面大直径钻孔提升救援的成功率、安全性、规范性。

本发明的柔性转动装置不同于机器人及仿生结构的柔性结构，主要承受轴向拉力的作用，且内部大直径中空，实现上舱段和下舱段的大空间连通，且可通过调整限转块的大小，达到改变提升舱柔性角度α大小的目的。

本发明的防爆滑环出线连接救援指挥系统在救生舱上安装的部分，实现通信系统的连通。分动装置实现了通信钢丝绳与提升舱的分动，避免救援过程中提升舱带动通信钢丝绳旋转，干扰内部信号传输，损坏钢丝绳编织结构。不同于普通电信号滑环的分动结构，分动装置实现了通信钢丝绳与提升舱转动分动的同时，承受钢丝绳轴向拉力，进而实现了通信钢丝绳提升和通信的双重功能。

附图说明

图1为本发明多功能柔性救援提升舱整体结构原理图。

图2为本发明救援指挥系统原理图。

图3为本发明通信钢丝绳与舱体分动原理图。

图4为本发明提升舱柔性转动装置原理图。

图5为本发明柔性转动装置旋转体零件图。

图6为本发明上下侧缓冲结构示意图。

图7为本发明上下侧缓冲原理图。

图8为本发明底部缓冲原理图。

图9为本发明断绳保护示意图。

图10为本发明提升舱遭遇套管变形时的柔性转动示意图。

图中各标号表示为：1-上导向，2-上舱段，3-柔性转动装置，4-人员舱，5-下舱段，6-下导向，7-分动装置，8-断绳保护装置，9-上侧缓冲，10-下侧缓冲，11-底部缓冲，12-救援指挥系统，13-上舱段顶部监控器，14-人员舱内部监控器，15-下舱段底部监控器，16-人员舱内部语音对讲器，17-气体浓度监测仪，18-信号转换器，19-通信钢丝绳，20-地面终端，21-悬挂轴，22-垫板1，23-垫板2，24-止推轴承1，25-止推轴承2，26-锁紧螺母，27-接头，28-销轴，29拉板，30-防爆滑环，31-滑环安装座，32-柔性旋转座，33-旋转体，34-限转块，35-油杯，36-缓冲体，37-底座，38-第一弹性体，39-滚轮，40-第二弹性体，41-套筒，42-导向销，43-底板，44-防爆滑环出线

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至图8所示，本实施实例提供一种多功能柔性救援提升舱，包括上导向1、上舱段2、柔性转动装置3、人员舱4、下舱段5、下导向6、分动装置7、断绳保护装置8、上侧缓冲9、下侧缓冲10、底部缓冲11、救援指挥系统12。

具体的，提升舱整体结构为“子弹形”，从上到下的连接顺序为上导向1、上舱段2、柔性转动装置3、人员舱4、下舱段5、下导向6。分动装置7安装于上导向1与上舱段2的结合面，上侧缓冲9和断绳保护装置8安装于上舱段2内部，下侧缓冲10安装于下舱段5内部，底部缓冲11安装于下舱段5与下导向6的结合面。上导向1、下导向6均为锥形结构，有利于提升舱下放和提升时进入救援孔。

本实施例中，救援指挥系统包括上舱段顶部监控器13、人员舱内部监控器14、下舱段底部监控器15、人员舱内部语音对讲器16、气体浓度监测仪17、信号转换器18、通信钢丝绳19、地面终端20。上舱段顶部监控器13、人员舱内部监控器14、下舱段底部监控器15分别对提升舱上部救援钻孔情况、提升舱内部人员情况、提升舱下部救援钻孔情况进行监控，气体浓度监测仪17对舱内气体浓度进行监控，人员舱内部语音对讲器16实现地面与舱内人员实时双向联系，气体浓度信号、监控视频和语音信号均通过信号转换器18经通信钢丝绳19传输至地面终端20。通信钢丝绳19同时具备提升舱体和救援指挥系统通信两个方面的功能。

本实施例中，分动装置包括悬挂轴21、第一垫板22、第二垫板23、第一止推轴承24、第二止推轴承25、锁紧螺母26、接头27、销轴28、拉板29、防爆滑环30、滑环安装座31。其悬挂轴21为阶梯式通轴结构，轴内部为中空，上部加工有紧固螺纹，悬挂轴21下端法兰安装于上导向和上舱段的结合面，悬挂轴21上端小直径段与上导向的固定板配合安装，悬挂轴21安装时应从上导向底部向上安装；第一垫板22安装在悬挂轴21台肩上，第一止推轴承24两个端面分别与第一垫板22和接头27下凹槽端面接触，第二止推轴承25两个端面分别与接头27上凹槽端面和第二垫板23接触；锁紧螺母26通过悬挂轴21上的紧固螺纹将第一止推轴承24、第二止推轴承25、第一垫板22、第二垫板23、接头27压紧至悬挂轴21台肩上，实现接头27与悬挂轴21的分动一方不随另一方转动。本实施例中，接头27与悬挂轴21通过轴配合安装，通过两个止推轴承实现27和悬挂轴21的分动，止推轴承内圆与悬挂轴21配合，外圆与接头27配合，第一止推轴承底面分别与悬挂轴21和第一垫板接触，第二止推轴承底面分别与第一垫板和第二垫板接触滑环安装座31固定在悬挂轴21上端面，防爆滑环30安装在滑环安装座31中，滑环下部导线通过悬挂轴21中空孔引至上舱段中的信号转换器18，防爆滑环30的上部导线通过拉板29固定在接头27上，滑环上部与下部通过防爆电刷分动；防爆滑环30上部导线与通信钢丝绳19内部电缆连接，将提升舱内的电信号通过通信钢丝绳19传输至地面终端20；销轴28安装在接头27上。通信钢丝绳19通过锁具与销轴28连接，实现提升舱的提升和下放。由此实现了通信钢丝绳19与提升舱的分动，避免救援过程中提升舱带动通信钢丝绳19旋转，干扰内部信号传输，损坏钢丝绳编织结构。防爆滑环出线连接救援指挥系统在救生舱上安装的部分，实现通信系统的连通。

采用上述结构后，分动装置实现了通信钢丝绳与提升舱的分动，避免救援过程中提升舱带动通信钢丝绳旋转，干扰内部信号传输，损坏钢丝绳编织结构。不同于普通电信号滑环的分动结构，分动装置实现了通信钢丝绳与提升舱转动分动的同时，承受钢丝绳轴向拉力，进而实现了通信钢丝绳提升和通信的双重功能。

本实施例中，柔性转动装置包括柔性旋转座32、旋转体3333、限转块34、油杯35。其特征在于，柔性旋转座32内部加工为球形面，旋转体33外部加工为球形面，两者球形面的直径相同，柔性旋转座32与旋转体33通过内外球面配合，两者可绕球心在任意方向转动；柔性旋转座32与上舱段连接，旋转体33穿过柔性旋转座32后通过可拆卸方式与人员舱连接；柔性旋转座32圆周方向对称加工有两个方形凹台，限转块34安装于凹台之上，限制柔性旋转座32与旋转体33之间绕球心旋转的角度，避免提升舱过渡弯曲及旋转过程中剪断下舱段底部监控器15的通信电缆，同时可根据钻孔轴线弯曲程度，安装不同大小的限转块34，达到改变提升舱柔性角度α大小的目的。柔性转动装置通过油杯35注射润滑液体，通过旋转体上的润滑孔道进入柔性旋转座与旋转体的配合球面，实现润滑。该柔性转动装置不同于机器人及仿生结构的柔性结构，主要承受轴向拉力的作用，且内部大直径中空，实现上舱段和下舱段的大空间连通。且可通过调整限转块的大小，达到改变提升舱柔性角度α大小的目的。

本实施例中，上侧缓冲和下侧缓冲结构相同，均由6组缓冲体36组成，在上舱段圆周方向均布，缓冲体36由底座37、第一弹性体38、滚轮39组成，自然状态下缓冲体36的第一弹性体38为伸长状态，6个滚轮39外圆周构成的圆形直径大于救援钻孔直径；在提升舱下放、提升过程中，滚轮39压缩第一弹性体38，使6个滚轮39外圆周构成的圆形直径等于救援钻孔直径，第一弹性体38反作用力将滚轮39压紧在救援钻孔孔壁上，通过第一弹性体38压缩量随救援钻孔直径的变化而变化，由此达到下放、提升过程中对于救生舱和舱内人员的缓冲保护效果。

本实施例中，底部缓冲由4组第二弹性体40、套筒41、导向销42、底板43组成，导向销42穿过下导向底板43的导向孔，一端与底板43固定，底板43和导向销42整体可沿导向孔轴线上下自由滑动，上套筒41、第二弹性体40安装在导向销42上，第二弹性体40自然状态的长度大于套筒41长度，提升舱到达人员被困巷道或提升至地面接触地面的过程中，底板43最先接触地面压缩第二弹性体40，至套筒41支撑底板43，实现提升舱着陆缓冲。其中，套筒41长度应大于下舱段底部监控器15的外露长度，避免着陆过程中底板43损坏下舱段底部监控器15。

实施例2：

本实施例提供一种基于柔性救援提升舱的提升救援方法，包括以下步骤：

第一步，在地面大直径救援钻孔中下放提升舱，上舱段顶部监控器13监控救援钻孔上部，下舱段底部监控器15监控救援钻孔下部，根据监控器反映的钻孔质量控制提升舱下放速度，至提升舱快速下放至人员被困点；

第二步，被困人员进入提升舱，并佩戴自救器、安全带等安全设备，准备完成后通过人员舱内部监控器14和人员舱内部语音对讲器16向地面终端20示意，准备提升；

第三步，在地面通过卷扬提升，根据救援钻孔上部、救援钻孔下部、人员舱内人员的情况控制提升舱提升速度，根据气体浓度监测仪17的实时数据，通过语音对讲器指导舱内人员采取佩戴自救器等措施；

第四步，卷扬将提升舱提升至地面，移离救援孔孔口，地面人员将舱内人员救出。

第五步，重复第一至四步，直至所有被困人员被救出。

如图9所示，本实施例中，当遭遇通信钢丝绳19断裂时，安装于上舱段内的断绳保护装置8将破坏并强力压入孔壁，将救生舱悬停在救援孔中，避免救生舱坠落。

如图10所示，本实施例中，钻孔因地质、钻探工艺等因素出现弯曲时，柔性转动装置3将使提升舱上舱段及以上和人员舱及以下产生柔性转动，使提升舱能顺利通过。

Claims (9)

1.一种多功能柔性救援提升舱，包括：上舱段(2)、柔性转动装置(3)、人员舱(4)，所述上舱段(2)通过柔性转动装置(3)与人员舱(4)连接；其特征在于，所述柔性转动装置(3)包括：柔性旋转座(32)、旋转体(33)、限转块(34)、油杯(35)；

其中，所述柔性旋转座(32)与旋转体(33)通过内外球面配合连接，柔性旋转座(32)与上舱段连接，旋转体(33)穿过柔性旋转座(32)后通过可拆卸方式与人员舱(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能柔性救援提升舱，其特征在于，柔性旋转座(32)圆周方向对称加工有两个方形凹台，所述方形凹台内设置有限转块(34)。

3.根据权利要求1所述的一种多功能柔性救援提升舱，其特征在于，还包括与所述上舱段(2)相连的上导向(1)，所述上导向(1)设置有分动装置，所述分动装置包括：悬挂轴(21)，与所述悬挂轴(21)连接的接头(27)，以及第一垫板(22)、第二垫板(23)、第一止推轴承(24)、第二止推轴承(25)；

其中，所述第一垫板(22)安装在悬挂轴(21)台肩上，第一止推轴承(24)两个端面分别与第一垫板(22)和接头(27)下凹槽端面接触；第二止推轴承(25)两个端面分别与接头(27)上凹槽端面和第二垫板(23)接触；锁紧螺母(26)通过悬挂轴(21)上的紧固螺纹将第一止推轴承(24)、第二止推轴承(25)、第一垫板(22)、第二垫板(23)、接头(27)压紧至悬挂轴(21)的台肩上。

4.根据权利要求3所述的一种多功能柔性救援提升舱，其特征在于，所述悬挂轴(21)上端面设置有滑环安装座(31)，所述滑环安装座(31)上设置防爆滑环(30)，防爆滑环(30)的上部导线通过拉板(29)固定在接头(27)上，所述防爆滑环(30)的滑环上部与下部通过防爆电刷分动。

5.根据权利要求1所述的一种多功能柔性救援提升舱，其特征在于，所述上舱段(2)设置有上侧缓冲结构，所述上侧缓冲结构包括在圆周方向均布的若干组缓冲体(36)，所述缓冲体(36)包括底座(37)、第一弹性体(38)、滚轮(39)，所述滚轮(39)通过第一弹性体(38)与底座(37)相连。

6.根据权利要求1所述的一种多功能柔性救援提升舱，其特征在于，还包括设置于舱体底部的底部缓冲结构，所述底部缓冲结构包括若干组第二弹性体(40)、套筒(41)、导向销(42)、底板(43)；其中，所述导向销(42)一端穿过套筒(41)后与底板(43)固定，另一端穿过舱体底部的导向孔；所述套筒(41)内设置有第二弹性体(40)，所述第二弹性体(40)的两端分别与套筒(41)和舱体底部接触，所述第二弹性体(40)的长度大于套筒(41)的长度并且可沿导向销(42)的轴向产生形变。

7.根据权利要求6所述的一种多功能柔性救援提升舱，其特征在于，所述套筒(41)的长度大于提升舱的舱体底部监控器(15)的外露长度。

8.根据权利要求1所述的一种多功能柔性救援提升舱，其特征在于，所述人员舱(4)下部设置有下舱段(5)，所述下舱段(5)的底部设置下导向(6)。

9.一种基于上述任一权利要求所述的柔性救援提升舱的提升救援方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在地面大直径救援钻孔中下放提升舱，上舱段顶部监控器(13)监控救援钻孔上部，下舱段底部监控器(15)监控救援钻孔下部，根据监控器反映的钻孔质量控制提升舱下放速度，至提升舱快速下放至人员被困点；

第二步，被困人员进入提升舱，并佩戴自救器、安全带等安全设备，准备完成后通过人员舱内部监控器(14)和人员舱内部语音对讲器(16)向地面终端(20)示意，准备提升；

第三步，在地面通过卷扬提升，根据救援钻孔上部、救援钻孔下部、人员舱内人员的情况控制提升舱提升速度，根据气体浓度监测仪(17)的实时数据，通过语音对讲器指导舱内人员采取佩戴自救器等措施；

第四步，卷扬将提升舱提升至地面，移离救援孔孔口，地面人员将舱内人员救出。

第五步，重复第一至四步，直至所有被困人员被救出。

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